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随着校园网络的不断发展,校园网内的资源日益增多,然而这些资源的利用率却非常低,造成了资源的浪费。而与此同时,大型科学研究由于计算资源的不足而无法完成。一方面是校园网内的资源大量的空闲,甚至是许多大型服务器都经常处于空闲状态,而另一方面则是一些诸如天文学、生物学等方面的研究经常面临计算资源不足的问题,这就导致了资源利用的极不平衡。
网格计算的出现为这种资源利用的不平衡问题提供了解决方法。网格计算技术被称为下一代的网络技术,其功能是将互联网上的计算机连接起来,分享处理能力与信息等资源。近年来,网格计算技术发展非常迅速,世界各国都在积极开展研究,在有些国家甚至已经开始具体应用。我国在国家高性能计算环境项目、中国国家网格项目、中国教育科研网格项目等863项目的支持下,也开展了网格计算技术的相关研究。这都为解决资源利用不平衡问题提供了契机。
构建基于校园网络的网格计算平台的目的是在校园网络内部构建一个网格计算平台,将网络内部所有空闲计算机的资源都利用起来,为一些需要大量计算资源的研究提供服务。基于校园网络的网格计算平台可以将校园网内部大量空闲的计算资源集中起来,依托于高速稳定的校园网,使得该网格计算机平台具有高运算速度、高存储容量和高速通信等特点,能够承担需要进行大量计算和存储的大型科学应用。通过基于校园网络的网格计算平台,各类研究学者能够实现跨地域的相互交流、访问异地的设备资源,在异地进行合作研究,从而共同解决科学问题。
Globus Toolkit是全球网格计算研究成果的典型代表,其已被公认为当前建立网格系统和开发网格软件事实的参考标准。Globus Toolkit作为构建基于校园网络的网格计算平台的中间件,提供了一系列构建网格计算平台所需的基础组件,使得用户可以较为容易的在该平台上开发和部署网格应用程序。本文中采用Globus Toolkit4作为中间件,其融合了商业计算中的Web Service技术,能够对科学计算和各种商业应用提供广泛的网格环境支持。
本文首先简单介绍了网格产生的背景、概念、特征、发展趋势及其研究现状,并着重分析了网格体系结构等网格计算的相关技术,对五层沙漏结构、开放网格服务体系结构OGSA和Web服务资源框架WRSF等关键技术做了简要说明。接下来深入分析了Globus的体系结构和常用服务组件,并对GlobusToolkit做了简要描述。
同时,结合校园网络的实际,给出了基于校园网络的网格计算平台的体系结构,深入探讨了构建网格计算平台的实现架构。并结合Globus Toolkit的服务组件,具体提出平台的资源层、中间件层和用户接口层所要完成的功能和实现的框架。此后,基于校园网络内部的三台分布在不同地理位置的、网络异构及主机环境不同的计算机,采用Globus Toolkit4工具包构建了初始的网格计算平台。在该平台中,实现了异构网络、异构主机之间的相互连接。本文详细描述了在异构网络下为RHEL主机和Windows主机安装和配置Globus Toolkit4和认证证书的过程,并进行了连接测试。最后,在基于校园网络的网格计算平台上进行了大规模矩阵的乘法运算,将在平台下得到的运算时间与在单机下进行相同运算得到的时间进行对比,体现了网格计算平台的优势,同时对该平台的可用性进行了验证。
本文的主要工作是:基于Globus体系结构,提出了基于校园网络的网格计算平台的分层模型,并就其中各层的实现给出了大致的解决方案;同时,通过具体实验,在RHEL和Windows主机上分别实现了Globus Toolkit4的安装和配置,解决了异构网络之间的连接问题,并实现了节点之间通过证书进行认证和互访。此外,本文在网格计算平台上实现了一个简单的科学运算,为以后进行网格应用程序的开发打下了基础。
在本文的研究工作中,也存在着一些有待改进的地方,主要表现在:平台的构建带有试验性质,没有真正实现虚拟的超级计算机;没有在该平台上进行具体的网格应用程序开发,不能提供给用户实际使用。
因此,接下来的将要进行的研究工作主要是:将校园网络内大部分计算资源包含在网格计算平台内,组成真正意义上的虚拟超级计算机;在网格计算平台上进行网格应用程序的开发和部署;将相关大型科学计算软件部署在网格计算平台上,为科研和教学提供实际帮助。